یک فناوری جدید میتواند شیوه بررسی اثر نانومواد بر پوست انسان را تغییر دهد. پژوهشگران با ساخت «پوست روی تراشه» توانستهاند شرایطی نزدیکتر به محیط واقعی بدن ایجاد کنند تا واکنش پوست به مواد مختلف با دقت بیشتری بررسی شود.
به گزارش سیناپرس، پژوهشگران با توسعه یک سامانه «پوست روی تراشه» توانستهاند مدلی آزمایشگاهی بسازند که شباهت بیشتری به پوست واقعی انسان دارد و میتواند واکنش این اندام به نانومواد را با دقت بیشتری بررسی کند. این فناوری با بازسازی شرایط نزدیکتر به محیط واقعی بدن، راهی تازه برای ارزیابی ایمنی نانومواد و کاهش وابستگی به آزمایشهای حیوانی پیش روی پژوهشگران قرار میدهد.
نانوذرات امروز دیگر فقط موضوعی در آزمایشگاههای پیشرفته نیستند؛ این ذرات در طیف گستردهای از محصولات و حتی محیط پیرامون ما حضور دارند. از محصولات آرایشی و بهداشتی گرفته تا منسوجات و ذرات موجود در آلودگی هوا، انسان به شکلهای مختلف در معرض نانومواد قرار میگیرد. با وجود مزایای فراوان این مواد، یکی از پرسشهای مهم دانشمندان همچنان این است که تماس کوتاهمدت و بلندمدت با نانومواد چه اثری بر پوست انسان، بهعنوان نخستین سد دفاعی بدن، میگذارد.
اکنون پژوهشگران گروه آلفارو-مورنو در آزمایشگاه بینالمللی فناوری نانو ایبری (International Iberian Nanotechnology Laboratory – INL) یک سامانه جدید «پوست روی تراشه» توسعه دادهاند که میتواند شرایط پوست انسان را با واقعگرایی بیشتری در محیط آزمایشگاهی بازسازی کند. این فناوری به پژوهشگران اجازه میدهد تعامل نانومواد با پوست را در شرایطی بررسی کنند که شباهت بیشتری به وضعیت واقعی بدن انسان دارد.
نتایج این پژوهش در مجله مواد پیشرفته پزشکی (Advanced Healthcare Materials) و در مقالهای با عنوان «یک سامانه میکروسیالی جدید برای رشد سهبعدی اپیدرم و پوست با ضخامت کامل بهمنظور ارزیابی ایمنی نانوذرات» منتشر شده است.
تفاوت مهم این سامانه با بسیاری از مدلهای آزمایشگاهی متداول، در نحوه نگهداری و تغذیه سلولهاست. در روشهای سنتی، سلولها معمولاً در شرایطی نسبتاً ثابت و ایستا کشت داده میشوند؛ شرایطی که اگرچه برای بسیاری از مطالعات آزمایشگاهی مفید است، اما نمیتواند تمام پیچیدگیهای محیط واقعی بدن انسان را بازسازی کند. در مقابل، تراشه جدید بهصورت پیوسته مواد مغذی موردنیاز سلولها را تأمین و مواد زائد را از محیط خارج میکند. به این ترتیب، شرایط ایجادشده در این تراشه به وضعیت فیزیولوژیک بدن انسان نزدیکتر میشود.
این پژوهش توسط سامانتا کاستا، فیلیپا لبره، آلَر آینلا، ارنستو آلفارو-مورنو و آنا ریبیرو از پژوهشگران آزمایشگاه بینالمللی فناوری نانو ایبری و با همکاری پژوهشگرانی از دانشگاه توئنته (University of Twente) و دانشگاه مینهو (University of Minho) انجام شده است. نتایج بهدستآمده نشان داد که این پلتفرم میتواند برخی ویژگیهای کلیدی پوست انسان، از جمله عملکرد سد پوستی، را با موفقیت بازسازی کند.
یکی از ویژگیهای مهم این فناوری، طراحی ماژولار آن است. به گفته سامانتا کاستا، نویسنده نخست مقاله، این طراحی به پژوهشگران اجازه میدهد بسته به هدف مطالعه، تنها لایه خارجی پوست یا همان اپیدرم را بررسی کنند یا یک مدل کاملتر از پوست با ضخامت کامل ایجاد کنند. چنین انعطافی میتواند کاربرد این فناوری را برای طیف گستردهای از مطالعات زیستپزشکی و ارزیابی ایمنی مواد افزایش دهد.
پژوهشگران برای آزمایش توانایی این سامانه، آن را در معرض نانوذرات دیاکسید تیتانیوم قرار دادند؛ مادهای که کاربرد گستردهای در محصولاتی مانند ضدآفتابها و برخی محصولات آرایشی دارد. بررسیها نشان داد که مواجهه با این نانوذرات میتواند تغییراتی در یکپارچگی سد پوستی، فعالیت متابولیکی سلولها و پاسخهای التهابی ایجاد کند. به بیان دیگر، مدل توسعهیافته توانست تغییرات زیستی ناشی از تماس پوست با نانومواد را شناسایی و اندازهگیری کند.
اهمیت این یافته فقط به ساخت یک مدل آزمایشگاهی جدید محدود نمیشود. یکی از چالشهای اساسی در توسعه و استفاده از نانومواد، پیشبینی دقیق رفتار آنها در تماس با بدن انسان است. هرچه مدل آزمایشگاهی به شرایط واقعی بدن نزدیکتر باشد، احتمال آنکه نتایج بهدستآمده بتوانند رفتار واقعی انسان را بهتر پیشبینی کنند نیز افزایش مییابد.
آنا ریبیرو، که هدایت این پروژه پژوهشی را بر عهده داشته است، تأکید میکند که ساخت مدلهای آزمایشگاهی دقیقتر میتواند به پیشبینیهای قابلاعتمادتر منجر شود. از دیدگاه او، بازسازی پیچیدگی پوست انسان در قالب یک سامانه «پوست روی تراشه» این امکان را فراهم میکند که ایمنی نانومواد جدید با اطمینان بیشتری ارزیابی شود و در عین حال نیاز به استفاده از حیوانات آزمایشگاهی کاهش پیدا کند.
فناوری «پوست روی تراشه» را میتوان بخشی از جریان روبهرشد توسعه مدلهای آزمایشگاهی جایگزین دانست؛ مدلهایی که تلاش میکنند فاصله میان آزمایشهای ساده سلولی و شرایط پیچیده بدن انسان را کاهش دهند. در چنین سامانههایی، پژوهشگر دیگر تنها با چند سلول در یک محیط ثابت سروکار ندارد، بلکه میتواند برخی از ویژگیهای فیزیکی و زیستی بافت واقعی را نیز در طراحی آزمایش وارد کند.
به نقل از نانو ایران، این دستاورد میتواند در آینده برای ارزیابی طیف وسیعتری از نانومواد و مواد مورد استفاده در محصولات مصرفی، آرایشی، پزشکی و صنعتی به کار گرفته شود. همچنین، در صورت توسعه بیشتر این فناوری، امکان استفاده از مدلهای دقیقتر و قابلکنترلتر برای بررسی سمیت و ایمنی مواد جدید فراهم خواهد شد.
در نهایت، پژوهش حاضر نشان میدهد که آینده ارزیابی ایمنی نانومواد ممکن است بیش از آنکه به مدلهای ساده آزمایشگاهی یا روشهای حیوانی وابسته باشد، به سامانههایی کوچک اما پیچیده متکی شود که رفتار بافتهای انسانی را با دقت بیشتری شبیهسازی میکنند. تراشهای که در نگاه نخست تنها قطعهای کوچک از تجهیزات آزمایشگاهی به نظر میرسد، میتواند به ابزاری مهم برای پاسخ به یک پرسش بزرگ تبدیل شود: نانوموادی که هر روز بیشتر وارد زندگی ما میشوند، واقعاً چه اثری بر بدن انسان دارند؟